Βρείτε μας στο Google News. Πατήστε εδώ!Ανθρώπινος Εγκέφαλος: Ένας μόνο εγκέφαλος είναι ασύλληπτα πολύπλοκος. Έτσι, οι ερευνητές του εγκεφάλου είτε εξετάζουν σύνολα δεδομένων που έχουν δημιουργηθεί από 300.000 νευρώνες σε 81 ποντίκια είτε από μαγνητικές τομογραφίες 1.200 νεαρών ενηλίκων έχουν πλέον να κάνουν με τόσες πολλές πληροφορίες που πρέπει επίσης να επινοήσουν νέες μεθόδους για να τις κατανοήσουν. Η ανάπτυξη νέων εργαλείων ανάλυσης έχει γίνει εξίσου σημαντική με τη χρήση τους για την κατανόηση της υγείας και της ανάπτυξης του εγκεφάλου.
Μια ομάδα, στην οποία συμμετείχαν ερευνητές του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον, χρησιμοποίησε πρόσφατα νέο λογισμικό για να συγκρίνει μαγνητικές τομογραφίες από 300 μωρά και ανακάλυψε ότι η μυελίνη, ένα τμήμα της λεγόμενης λευκής ουσίας του εγκεφάλου, αναπτύσσεται πολύ πιο αργά μετά τη γέννηση. Οι ερευνητές δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στις 7 Αυγούστου στο περιοδικό Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών (Proceedings of the National Academy of Sciences). Το UW News μίλησε με τον επικεφαλής συγγραφέα Ariel Rokem, ερευνητικό αναπληρωτή καθηγητή του UW στο τμήμα ψυχολογίας και υπότροφο επιστήμης δεδομένων στο Ινστιτούτο eScience, για την εργασία και την ερευνητική του προσέγγιση.
Ποια θέματα ερευνάτε και πώς; Ariel Rokem: Η ομάδα μου εργάζεται στη νευροπληροφορική, η οποία επικεντρώνεται στην ανάπτυξη μεθόδων και λογισμικού για την ανάλυση δεδομένων νευροεπιστημών. Επικεντρωνόμαστε συγκεκριμένα σε μετρήσεις μαγνητικής τομογραφίας σε ανθρώπινους εγκεφάλους. Ένας εγκέφαλος αποτελείται από ένα μεγάλο δίκτυο συνδέσεων μεταξύ διαφορετικών περιοχών. Μέσα στον εγκέφαλό μας έχουμε αυτές τις μεγάλες δέσμες συνδέσεων που ονομάζονται λευκή ουσία και περιέχουν πολλούς άξονες, που είναι τα μακριά διακλαδισμένα τμήματα των νευρώνων που τους επιτρέπουν να επικοινωνούν μεταξύ τους σε αρκετά μεγάλες αποστάσεις. Έτσι, χρησιμοποιούμε τη μαγνητική τομογραφία για να βρούμε αυτές τις δέσμες σε κάθε άτομο σε μια μελέτη και στη συνέχεια να κατανοήσουμε τον ιστό μέσα σε αυτές τις δέσμες. Από αυτό, μπορούμε να βρούμε διαφορές μεταξύ των ατόμων που πάσχουν από ορισμένες ασθένειες και εκείνων που δεν πάσχουν, ή διαφορές στην ανάπτυξη ή στις γνωστικές ικανότητες.
Πώς διαφέρει αυτή η προσέγγιση από τον τρόπο με τον οποίο ασκούνταν ιστορικά η έρευνα του εγκεφάλου;
ΑΠ: Για πολλά χρόνια, οι ερευνητές πήγαιναν τα πειραματόζωα στο τοπικό νοσοκομείο ή στο κέντρο μαγνητικής τομογραφίας και συνέλεγαν κάποια δεδομένα. Και οι άνθρωποι εξακολουθούν να το κάνουν αυτό. Στην πραγματικότητα, έχουμε έναν από αυτούς τους σαρωτές στο νέο Κέντρο Ανθρώπινης Νευροεπιστήμης του UW, στο οποίο συμμετέχω. Αλλά οι πιο πρόσφατες προσεγγίσεις περιλαμβάνουν τη συλλογή πολύ μεγαλύτερων ποσοτήτων δεδομένων. Για παράδειγμα, θα ήταν δύσκολο για οποιονδήποτε εδώ στο τμήμα του UW να συλλέξει δεδομένα από περισσότερα από 1.000 άτομα. Αλλά πριν από μερικά χρόνια, τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας χρηματοδότησαν αυτό που ονομάζεται Ανθρώπινο πρόγραμμα Connectome (Human Connectome Project) για να κάνουν ακριβώς αυτό – να πάρουν ένα δείγμα 1.200 υγιών, ενήλικων ανθρώπων και να συλλέξουν αρκετά μεγάλο όγκο δεδομένων για τον καθένα από αυτούς. Στη νευροπληροφορική παίρνουμε τέτοιου είδους σύνολα δεδομένων και αναπτύσσουμε τα εργαλεία για τη μελέτη τους.
Σε ποιες ανακαλύψεις έχουν οδηγήσει αυτές οι μέθοδοι στην επιστήμη του εγκεφάλου;
ΑΠ: Η πρόσφατη δημοσίευσή μας είναι ένα καλό παράδειγμα. Η ομάδα μας χρησιμοποίησε ένα μεγάλο ανοιχτά διαθέσιμο σύνολο δεδομένων από το περιοδικό Ανάπτυξη του προγράμματος Human Connectome (Developing Human Connectome Project) το οποίο συλλέγει δεδομένα από νεογέννητα βρέφη κατά τις πρώτες ημέρες της ζωής τους. Εξετάζαμε πώς αναπτύσσεται η λευκή ουσία σε αυτές τις σαρώσεις περισσότερων από 300 μωρών. Η συνεργάτης μου και επικεφαλής συγγραφέας Mareike Grotheer στο Πανεπιστήμιο Philipps του Μάρμπουργκ είχε προηγουμένως πάρει λογισμικό για την εύρεση δεσμίδων λευκής ουσίας σε ενήλικες και το είχε προσαρμόσει για να λειτουργήσει στους εγκεφάλους των μωρών. Σε αυτή τη μελέτη αναβαθμίσαμε την προσέγγισή της χρησιμοποιώντας υπολογιστικό νέφος. Εξετάζαμε πώς αναπτύσσεται η μυελίνη, ένα λιπαρό περίβλημα που μονώνει τους άξονες, στη λευκή ουσία. Γνωρίζουμε από άλλες μελέτες ότι η μη φυσιολογική ανάπτυξη της μυελίνης σχετίζεται με πολλές αναπτυξιακές και ψυχικές διαταραχές, από τη χρόνια κατάθλιψη έως τη σχιζοφρένεια. Αλλά πριν από αυτή τη μελέτη εξακολουθούσαμε να μην γνωρίζουμε πώς η γέννηση αλλάζει την πορεία της ανάπτυξης της μυελίνης. Είχαμε διάφορες υποθέσεις που θέλαμε να ελέγξουμε. Η μία είναι, λοιπόν, ότι δεν έχει σημασία πότε ακριβώς γεννηθήκατε- έχει σημασία μόνο πόσος χρόνος πέρασε από τη σύλληψη μέχρι τη στιγμή που σας σαρώνουν. Μια άλλη ήταν ότι έχει σημασία μόνο πόσος χρόνος μετά τη σύλληψη γεννήθηκες, και δεν είχε σημασία πόσος χρόνος μετά τη γέννηση σαρώθηκες. Και είχαμε και μια τρίτη υπόθεση που έλεγε ότι και τα δύο αυτά πράγματα έχουν σημασία: πόσο καιρό πέρασε το μωρό κυοφορούμενο στη μήτρα της μητέρας και πόσος χρόνος πέρασε από τη γέννηση μέχρι τη στιγμή της σάρωσης. Έτσι, συγκρίναμε σαρώσεις από μωρά που γεννήθηκαν σε διαφορετικές ηλικίες κύησης, που κυμαίνονταν από πολύ πρώιμο πρόωρο τοκετό, μέχρι μωρά που γεννήθηκαν μερικές εβδομάδες μετά την πλήρη διάρκεια των 40 εβδομάδων. Επειδή είχαμε αυτό το μεγάλο σύνολο δεδομένων για να δουλέψουμε, μπορέσαμε πραγματικά να καταγράψουμε πώς αλλάζει ο εγκέφαλος των μωρών κατά τις πρώτες ημέρες και εβδομάδες της ζωής τους. Διαπιστώσαμε ότι τα δεδομένα υποστηρίζουν ότι τόσο η ηλικία κύησης κατά τη γέννηση όσο και η ηλικία κύησης κατά τη στιγμή της σάρωσης είχαν σημασία, αλλά υπάρχει ένα σημείο καμπής ακριβώς κατά τη γέννηση. Ακριβώς τότε, η ανάπτυξη αυτών των δεσμίδων που εξετάζαμε επιβραδύνεται δραματικά. Είναι ένα βασικό γεγονός, αλλά δεν το γνωρίζαμε μέχρι τώρα, και το βρήκαμε εξετάζοντας δημόσια διαθέσιμα δεδομένα. Αυτό έχει επιπτώσεις στη βασική μας κατανόηση της ανάπτυξης του εγκεφάλου στην πρώιμη ζωή και επιπτώσεις στους τρόπους με τους οποίους θα μπορούσαμε να μετριάσουμε τις δυσμενείς επιπτώσεις της πρόωρης γέννησης. Ίσως, για παράδειγμα, η δημιουργία ενός περιβάλλοντος που να μοιάζει με “μήτρα” μετά τη γέννηση θα μπορούσε να αντισταθμίσει αυτή την επιβραδυνόμενη ανάπτυξη και να δώσει στον εγκέφαλο των πρόωρων μωρών περισσότερο χρόνο για να αναπτυχθεί.
Τι σκοπεύετε να διερευνήσετε με αυτές τις μεθόδους στο μέλλον;
ΑΠ: Αρχίζουμε να θέτουμε ερωτήματα σχετικά με τις εγκεφαλικές συνδέσεις που σχετίζονται με τη διαταραχή του φάσματος του αυτισμού και τη σχιζοφρένεια. Είμαστε επίσης τώρα μέρος της μελέτης ACT του UW, ή αλλιώς της μελέτης για τις αλλαγές στη σκέψη των ενηλίκων (Adult Changes in Thought Study). Υπάρχει εδώ και σχεδόν 30 χρόνια και παρακολουθεί μια μεγάλη ομάδα ανθρώπων στην περιοχή του Σιάτλ καθώς γερνούν. Στον πρόσφατο γύρο αυτής της μελέτης, προσθέσαμε μετρήσεις μαγνητικής τομογραφίας. Αναπτύσσουμε μεθόδους για την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με τις δέσμες λευκής ουσίας σε άτομα που γερνούν.
Πρόσθετοι συν-συγγραφείς στην παρούσα εργασία είναι ο David Bloom, πρώην μεταπτυχιακός φοιτητής του UW στο τμήμα ψυχολογίας, ο John Kruper, διδακτορικός φοιτητής του UW στο τμήμα ψυχολογίας, ο Adam Richie-Halford, πρώην μεταδιδακτορικός ερευνητής του UW στο τμήμα ψυχολογίας, οι Stephanie Zika και Vicente A. Aguilera González στο Πανεπιστήμιο Philipps του Marburg και οι Jason D. Yeatman και Kalanit Grill-Spector στο Πανεπιστήμιο Stanford.
